(57)【要約】【課題】  焼き入れ焼き戻し処理だけでも曲げ応力に対して十分な強度を確保できるディスクを備えたトロイダル型無段変速機を提供する。【解決手段】  本発明のトロイダル型無段変速機において、出力側ディスク４Ａは、高炭素鋼材料を焼入れ焼き戻し処理することにより形成されるとともに、パワーローラ１１と接触するトラクション面４ａをその両側に有している。この場合、出力側ディスク４Ａは、入力軸１側に対して径方向にガタ付き無く嵌合されている。また、出力側ディスク４Ａは、減速時、両側の各トラクション面４ａ，４ａが同じ位相でパワーローラ１１と接触するようになっている。【選択図】      図１
2005299752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転トルクが入力される入力軸と、それぞれのトラクション面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に前記入力軸に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力ディスクの前記トラクション面と前記出力側ディスクの前記トラクション面との間に挟持されたパワーローラとを備え、前記入力軸から前記入力側ディスクに入力された回転力がパワーローラを介して所定の変速比で出力側ディスクに伝達されるトロイダル型無段変速機において、
前記入力側ディスクまたは前記出力側ディスクは、高炭素鋼材料を焼入れ焼き戻し処理することにより形成されるとともに、パワーローラと接触するトラクション面をその両側に有していることを特徴とするトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
トラクション面をその両側に有する前記ディスクは、内径に嵌合する軸と径方向にガタ付き無く嵌合していることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
【請求項３】
トラクション面をその両側に有する前記ディスクは、両側の各トラクション面が同じ位相でパワーローラと接触することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械の変速機などに利用可能なトロイダル型無段変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用変速機として、図３および図４に略示するようなトロイダル型無段変速機を使用することが一部で実施されている。このトロイダル型無段変速機は、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、入力軸1と同心に配置された出力軸３の端部に、出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内側には、入力軸１並びに出力軸３に対し捻れの位置にある枢軸（傾転軸）５，５を中心として揺動するトラニオン６，６が設けられている。各トラニオン６，６には、パワーローラ１１が回転自在に支持されており、各パワーローラ１１，１１は、入力側および出力側の両ディスク２，４の間に挟持（転接）されている。
【０００３】
入力側および出力側の両ディスク２，４の互いに対向する内側面２ａ，４ａの断面はそれぞれ、枢軸５を中心とする円弧或いはこのような円弧に近い曲線を回転させて得られる凹面を成している。そして、球状の凸面に形成された各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが各内側面２ａ，４ａに当接されている。
【０００４】
入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置１２が設けられている。この押圧装置１２は、入力側ディスク２を出力側ディスク４に向けて弾性的に押圧している。また、押圧装置１２は、入力軸１と共に回転するカム板１３と、保持器１４により保持された複数個(例えば４個)のローラ１５とから構成されている。また、カム板１３の片側面(図３および図４の左側面)には、周方向に亙って凹凸面であるカム面１６が形成され、入力側ディスク２の外側面(図３および図４の右側面)にも同様のカム面１７が形成されている。そして、複数個のローラ１５は、入力軸1に対して放射方向に延びる軸を中心に回転できるように、支持されている。
【０００５】
このような構成のトロイダル型無段変速機においては、入力軸１を回転させると、その回転に伴ってカム板１３が回転し、カム面１６によって複数個のローラ１５，１５が、入力側ディスク２の外側面に設けられたカム面１７に押圧される。この結果、入力側ディスク２が複数のパワーローラ１１，１１に押圧されると同時に、１対のカム面１６，１７と複数個のローラ１５，１５の転動面との押し付け合いに基づいて、入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、各パワーローラ１１，１１を介して、出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定された出力軸３が回転する。
【０００６】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合であって、入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５，５を中心として各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図３に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。
【０００７】
反対に、増速を行なう場合には、各トラニオン６，６を揺動させ、各パワーローラ１１，１１の周面１１ａ，１１ａが、図４に示すように、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とにそれぞれ当接するように、各変位軸９，９を傾斜させる。各変位軸９，９の傾斜角度を図３と図４との中間にすれば、入力軸1と出力軸３との間で、中間の変速比が得られる。
【０００８】
図５および図６には、より具体化されたダブルキャビティ型のトロイダル型無段変速機の一例が示されている。なお、図３および図４と共通する構成部材に関しては、以下、同一符号を付して、その詳細な説明または図示を省略する。
図５に示されるように、ケーシング１０１の内側には、入力軸１が回転自在に支持されている。入力軸１の外周には、円管状の伝達軸１０３が支持されている。この場合、伝達軸１０３は、入力軸１と同心的に配設されており、入力軸１に対して回転できる。
【０００９】
伝達軸１０３の両端寄り部分には、第１および第２の入力側ディスク２，２がそれぞれ、ボールスプライン９６を介して支持されている。この場合、第１および第２の入力側ディスク２，２は、その内側面２ａ，２ａ同士を互いに対向させた状態で同心的に配置されるとともに、ケーシング１０１の内側で互いに同期して回転できる。
【００１０】
伝達軸１０３の中間部の周囲には、第１および第２の出力側ディスク４，４がスリーブ１０９を介して支持されている。スリーブ１０９の中間部の外周面には、出力歯車１１０が一体に設けられている。この出力歯車１１０は、伝達軸１０３と同心的に配置されるとともに、伝達軸１０３の外径よりも大きな内径を有している。また、出力歯車１１０は、一対の転がり軸受１１２を介して、ケーシング１０１内に設けられた支持壁１１１に回転自在に支持されている。
【００１１】
第１および第２の出力側ディスク４，４は、スリーブ１０９の両端部にスプライン係合されている。この場合、出力側ディスク４，４は、それぞれの内側面４ａ，４ａを互いに反対方向に向けた状態で配置されている。したがって、入力側ディスク２と出力側ディスク４は、その内側面２ａ，４ａ同士が互いに対向している。
【００１２】
図６に示されるように、ケーシング１０１の内側であって、出力側ディスク４，４の側方位置には、両ディスク４，４を両側から挟む状態で一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂが支持されている。これら一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂは、鋼等の金属のプレス加工あるいは鍛造加工により矩形状に形成されている。そして、後述するトラニオン６の両端部に設けられた枢軸５を揺動自在に支持するため、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの四隅には、円形の支持孔１１８が設けられるとともに、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの幅方向の中央部には、円形の係止孔１１９が設けられている。
【００１３】
一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂは、ケーシング１０１の内面の互いに対向する部分に形成された支持ポスト２０ａ，２０ｂにより、僅かに変位できるように支持されている。これらの支持ポスト２０ａ，２０ｂはそれぞれ、入力側ディスク２の内側面２ａと出力側ディスク４の内側面４ａとの間にある第１キャビティ２１および第２キャビティ２２にそれぞれ対向する状態で設けられている。なお、ポスト２０ａには、トラニオン６の傾転量を規制する傾転ストッパ１５０が設けられている。
【００１４】
したがって、ヨーク１１３ａ，１１３ｂは、各支持ポスト２０ａ，２０ｂに支持された状態で、その一端部が第１キャビティ２１の外周部分に対向するとともに、その他端部が第２キャビティ２２の外周部分に対向している。
【００１５】
第１および第２のキャビティ２１，２２は同一構造であるため、以下、第１キャビティ２１のみについて説明する。
【００１６】
第１キャビティ２１には、一対のトラニオン６が設けられている。トラニオン６の両端部には同心的に枢軸５が設けられており、これらの枢軸５は一対のヨーク１１３ａ，１１３ｂの一端部に揺動且つ軸方向に変位自在に支持されている。すなわち、枢軸５は、ヨーク１１３ａ，１１３ｂの一端部に形成された支持孔１１８の内側に、ラジアルニードル軸受２６によって支持されている。ラジアルニードル軸受２６は、その外周面が球状凸面で且つその内周面が円筒面である外輪２７と、複数本のニードル２８とから構成されている。
【００１７】
トラニオン６の中間部にはそれぞれ、円孔３０が設けられている。また、各円孔３０には変位軸３１が支持されている。変位軸３１はそれぞれ、互いに平行で且つ偏心した支持軸部３３と枢支軸部３４とを有している。このうち、支持軸部３３は、円孔３０の内側に、ラジアルニードル軸受３５を介して支持されている。また、枢支軸部３４の周囲には、別のラジアルニードル軸受３８を介して、パワーローラ１１が支持されている。
【００１８】
なお、第１および第２キャビティ２１，２２毎に一対ずつ設けられた変位軸３１は、第１および第２キャビティ２１，２２毎に、入力軸１および伝達軸１０３に対して１８０度反対側に位置して設けられている。また、変位軸３１の各枢支軸部３４が各支持軸部３３に対して偏心している方向は、入力ディスク２，２と出力ディスク４，４の回転方向に関して同方向となっている。また、偏心方向は入力軸１の配設方向に対して略直交する方向となっている。したがって、パワーローラ１１は、入力軸１および伝達軸１０３の長手方向に沿って僅かに変位できるように支持されている。その結果、トロイダル型無段変速機により伝達されるトルクの変動に基づく構成部材の弾性変形量の変動等に起因して、パワーローラ１１が入力軸１および伝達軸１０３の軸方向に変位する傾向となった場合でも、構成部材に無理な力が加わることがなく、その変位を吸収することができる。 
【００１９】
また、パワーローラ１１の外周面とトラニオン６の中間部内周面との間には、パワーローラ１１の外側面から順に、スラスト玉軸受３９と、滑り軸受あるいはニードル軸受等のスラスト軸受４０とが設けられている。このうち、スラスト玉軸受３９は、パワーローラ１１に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、これらパワーローラ１１の回転を許容する。また、スラスト軸受４０は、パワーローラ１１からスラスト玉軸受３９の外輪４１に加わるスラスト荷重を支承しつつ、枢支軸部３４および外輪４１が支持軸部３３を中心に揺動することを許容する。
【００２０】
トラニオン６の一端部にはそれぞれ、駆動ロッド４２が結合されている。また、これらの駆動ロッド４２の中間部外周面には、駆動ピストン４３が固着されている。この駆動ピストン４３は、駆動シリンダ４４内に油密に嵌装されている。そして、駆動ピストン４３がトラニオン５を軸方向に変位させるためのアクチュエータを構成している。
【００２１】
図５に示されるように、入力軸１と一方の入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置４５が設けられている。この押圧装置４５は、カム板４６と複数のローラ４８とを備えており、入力軸１の回転に基づいて一方の入力側ディスク２を他方の入力側ディスク２に向け押圧しつつ回転させる。この場合、カム板４６は、入力軸１の中間部にスプライン係合されるとともに、軸方向に亘る変位を阻止された状態で支持されており、入力軸１と共に回転する。また、複数のローラ４８は、保持器４７に転動自在に保持されている。
【００２２】
このように構成されたトロイダル型無段変速機の運転時、入力軸１の回転は、押圧装置４５を介して、一方の入力側ディスク２に伝えられ、この入力側ディスク２と他方の入力側ディスク２とが互いに同期して回転する。入力側ディスク２，２の回転は、パワーローラ１１を介して、出力側ディスク４，４に伝えられる。出力側ディスク４，４の回転は、出力歯車１１０により取り出される。
【００２３】
入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比を変える場合には、制御弁（図示しない）の切換えに基づいて、第１および第２のキャビティ２１，２２に対応してそれぞれ一対ずつ設けられた駆動ピストン４３を、各キャビティ２１，２２毎に互いに逆方向に同じ距離だけ変位させる。これらの駆動ピストン４３の変位に伴って、一対ずつ合計４個のトラニオン６がそれぞれ逆方向に変位し、一方のパワーローラ１１が下側に、他方のパワーローラ１１が上側にそれぞれ変位する。その結果、各パワーローラ１１の周面１１ａ，１１ａと、入力側ディスク２，２の内側面２ａ，２ａ、出力側ディスク４，４の内側面４ａ，４ａとの当接部に作用する、接線方向の力の向きが変化する。そして、その力の向きの変化に伴って、トラニオン６がヨーク１１３ａ，１１３ｂに枢支された枢軸５を中心として逆方向に揺動する。この結果、パワーローラ１１の周面１１ａ，１１ａと、入力側ディスク２，２、出力側ディスク４，４との当接位置が変化し、入力軸１と出力歯車１１０との間の回転速度比が変化する。
【００２４】
ところで、このようなトロイダル型無段変速機において、パワーローラ１１と入出力側ディスク２，４との動力伝達は、これらの部材表面の損傷を防止するべく、油膜を介したトラクション力により非接触で行なわれる。そのため、パワーローラ１１の周面（トラクション面）１１ａと入出力側ディスク２，４の内側面（トラクション面）２ａ，４ａとの間には、トルクを非接触で伝達するための油膜を形成できる十分な量の潤滑油（トラクション油）を供給する必要がある。
【００２５】
また、このようなトロイダル型無段変速機において、ディスク２，４は、前述したようにパワーローラ１１と２点（３ローラ式では３点）で接触し、トラクションドライブに必要な大きな力を受けて大きな曲げ応力が生じる。特に、従来のディスク２，４は、前述した構成から分かるように、トラクション面２ａ，４ａが片側にしか無く、その反対側は小径部で軸方向に固定される構造となっている。そのため、パワーローラ１１がディスク２，４の外周寄りに接した場合（例えば図３に示される出力側ディスク４、または、図４に示される入力側ディスク２を参照）、曲げモーメントが大きくなり、ディスク２，４に発生する曲げ応力が大きくなる。したがって、特にトルク容量の大きなトロイダル無段変速機では、最悪の場合、ディスク２，４が破損する虞がある。そのため、ディスク２，３は、その芯部に靭性を持たせるべく、表面を硬く芯部を柔らくする浸炭処理もしくは浸炭窒化熱処理が施される場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【００２６】
【特許文献１】特開平７−７１５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、前記浸炭窒化熱処理は、焼入れ焼き戻し（いわゆる、ずぶ焼き）と比べて設備も複雑でコストがかかるため、大規模生産の際には、ずぶ焼き処理ができるディスクが望まれている。
【００２８】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、焼き入れ焼き戻し処理だけでも曲げ応力に対して十分な強度を確保できるディスクを備えたトロイダル型無段変速機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
前記目的を達成するために、請求項１に記載のトロイダル型無段変速機は、回転トルクが入力される入力軸と、それぞれのトラクション面同士を互いに対向させた状態で互いに同心的に且つ回転自在に前記入力軸に支持された入力側ディスクおよび出力側ディスクと、前記入力ディスクの前記トラクション面と前記出力側ディスクの前記トラクション面との間に挟持されたパワーローラとを備え、前記入力軸から前記入力側ディスクに入力された回転力がパワーローラを介して所定の変速比で出力側ディスクに伝達されるトロイダル型無段変速機であって、前記入力側ディスクまたは前記出力側ディスクは、高炭素鋼材料を焼入れ焼き戻し処理することにより形成されるとともに、パワーローラと接触するトラクション面をその両側に有していることを特徴とする。
【００３０】
この請求項１に記載された発明においては、前記入力側ディスクまたは前記出力側ディスクがトラクション面をその両側に有している。すなわち、トラクション面をその両側に有する前記ディスクは、片側にのみトラクション面を有するディスク同士を一体的に結合した一体型ディスクの構成を成している。そのため、ディスクは、焼き入れ焼き戻し処理だけでも曲げ応力に対して十分な強度を確保できる。また、高炭素鋼は清浄度を上げ易いため、非金属介在物の少ない材料を形成することができる。したがって、本請求項のように、前記ディスクを高炭素鋼材料によって形成すれば、ディスクの耐久性を向上させることができる。
【００３１】
また、請求項２に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１に記載された発明において、トラクション面をその両側に有する前記ディスクは、内径に嵌合する軸と径方向にガタ付き無く嵌合していることを特徴とする。
【００３２】
この請求項２に記載された発明においては、トラクション面をその両側に有する前記ディスクが内径に嵌合する軸と径方向にガタ付き無く嵌合しているため、ディスクの変形が入力軸によって抑制され、ディスクにおいて大きな応力が発生することを防止できる。
【００３３】
また、請求項３に記載のトロイダル型無段変速機は、請求項１または請求項２に記載された発明において、トラクション面をその両側に有する前記ディスクは、両側の各トラクション面が同じ位相でパワーローラと接触することを特徴とする。
【００３４】
この請求項３に記載された発明においては、パワーローラが前記ディスクの両側に対して同じ位相で接触するため、例えば前記ディスクの外周寄りにパワーローラが当接した場合には、パワーローラからの荷重がディスクの両面で相対して打消し合う。そのため、曲げ応力を発生させないで済む。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のトロイダル型無段変速機において、ディスクは、高炭素鋼材料から成り且つトラクション面をその両側に有しているため、焼き入れ焼き戻し処理するだけでも、曲げ応力に対して十分な強度を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の特徴は、ディスクの形状および支持形態にあり、その他の構成および作用は前述した従来の構成および作用と同様であるため、以下においては、本発明の特徴部分についてのみ言及し、それ以外の部分については、図３〜図６と同一の符号を付してその詳細な説明を省略することにする。
【００３７】
図１および図２は、本発明に係るトロイダル無段変速機の実施形態を示している。図１に示すように、本実施形態において、出力側ディスク４Ａは、高炭素鋼材料（例えばＳＵＪ２、ＳＵＪ３等の鋼種）を焼入れ焼き戻し処理することにより形成されるとともに、パワーローラ１１と接触するトラクション面４ａ，４ａをその両側に有している。すなわち、本実施形態の出力側ディスク４Ａは、片側にのみトラクション面４ａを有する従来のディスク４，４（図５参照）同士を一体的に結合した一体型ディスクの構成を成している。
【００３８】
また、本実施形態において、出力側ディスク４Ａは、その内径に嵌合する中空シャフト３００に径方向にガタ付き無く嵌合している。具体的には、図２に示すように、出力側ディスク４Ａは、軸方向に沿って連続して設けられたインロー部３０２、スプライン３０４、カラー３０６により、入力軸１の周囲に嵌合する中空シャフト３００に対してガタ付き無く嵌合している。
【００３９】
このように、本実施形態において、出力側ディスク４Ａは、トラクション面４ａ，４ａをその両側に有しており、片側にのみトラクション面を有するディスク４，４同士を一体的に結合した一体型ディスクの構成を成している。そのため、出力側ディスク４Ａは、焼き入れ焼き戻し処理だけでも曲げ応力に対して十分な強度を確保できる。また、本実施形態の出力側ディスク４Ａは、高炭素鋼材料によって形成されている。高炭素鋼は、清浄度を上げ易いため、非金属介在物を少なくすることができる。そのため、出力側ディスク４Ａを高炭素鋼材料によって形成すれば、出力側ディスク４Ａの耐久性を向上させることができる。
【００４０】
また、本実施形態において、一体型の出力側ディスク４Ａは、その両側にトラクション面４ａ，４ａを有しているため、所定の状態下では、これらのトラクション面４ａ，４ａが同じ位相でパワーローラ１１と接触することになる。すなわち、出力側ディスク４Ａの外周径寄りにパワーローラ１１が当接する場合（図３に示される減速の場合）には、パワーローラ１１から加わる力Ｆ１が図２に示すように出力側ディスク４Ａの両面４ａ，４ａで相対して打消し合うため、ディスク４Ａに曲げ応力が発生することはない。この減速状態では、トラクション動力伝達部の接線力が大きくなるため、これを伝えるために法線力も相当大きくなるが、力Ｆ１同士が互いに相殺されることで、ディスク４Ａに曲げ応力が作用しないで済む。
【００４１】
一方、ディスク４Ａの中心寄りにパワーローラ１１が接する場合（図４に示される増速の場合）には、各トラクション面４ａ，４ａに対してパワーローラ１１から加わる力Ｆ２の方向が異なるため、これらの力Ｆ２が打ち消し合うことは無い。しかし、本実施形態では、出力側ディスク４Ａがその内径に嵌合する中空シャフト３００に径方向にガタ付き無く嵌合しているため、ディスク４Ａの変形が入力軸１によって抑制され、ディスク４Ａにおいて大きな応力が発生することを防止できる。
【００４２】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、シングルキャビティ型やダブルキャビティ型などのハーフトロイダル型無段変速機の他、トラニオンを有さないフルトロイダル型無段変速機にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係るトロイダル型無段変速機の要部断面図である。
【図２】図１のトロイダル型無段変速機の出力側ディスク周辺の要部拡大断面図である。
【図３】従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大減速時の状態で示す側面図である。
【図４】従来から知られているトロイダル型無段変速機の基本的構成を最大増速時の状態で示す側面図である。
【図５】従来の具体的構造の一例を示す断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    入力軸
２    入力側ディスク
２ａ    トラクション面
４，４Ａ    出力側ディスク
４ａ    トラクション面
１１    パワーローラ
【図１】
2005299752.tif 000003
【図２】
2005299752.tif 000004
【図３】
2005299752.tif 000005
【図４】
2005299752.tif 000006
【図５】
2005299752.tif 000007
【図６】
2005299752.tif 000008